Gravitative 'Slingshot' kann durchgefallene Galaxien weit, weit weg geschleudert haben

Ein Material, das als metallisches Glas bekannt ist, das durch Verflüssigen und anschließendes schnelles Abkühlen von Metall erzeugt wird, könnte ein neues Material für die Herstellung von Zahnrädern für Weltraumroboter sein.

Die beiden neuen Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf die Verwendung von Bulk-Metallic-Glas (BMG) als Material für die Herstellung von Getrieben für weltraumgestützte Missionen. Metallisches Glas wird BMG genannt, wenn es zur Herstellung von Produkten verwendet wird, die größer als 1 mm sind.

Um BMG zu machen, schmelzen Ingenieure zuerst Metall. Solide Metalle haben eine gut organisierte, kristalline Atomstruktur. Aber wenn das Metall geschmolzen ist, verlieren die Atome diese Struktur und werden nach einer Aussage der NASA zufällig angeordnet. Wenn das Metall langsam abkühlt, werden die Atome in die kristalline Anordnung zurückkehren. Aber wenn das flüssige Metall extrem schnell gekühlt wird - etwa 1.800 Grad Fahrenheit (1.000 Grad Celsius) pro Sekunde - bleibt die unorganisierte Atomstruktur erhalten. [Video: NASA testet Roboter-Betankungs-Technologie]

Diese schnell abgekühlten Metalle werden auch als amorphe Metalle bezeichnet und "aufgrund der schnellen Abkühlung ist das Material technisch ein Glas. Es kann leicht fließen und beim Erhitzen blasgeformt werden, genau wie Fensterglas", erklärten NASA-Wissenschaftler in die Aussage.

Metallisches Glas wurde zuerst am California Institute of Technology in den 1960er Jahren entwickelt und "wurde verwendet, um alles herzustellen, von Handys bis zu Golfschlägern", sagte die NASA in der Erklärung.

Um herauszufinden, ob BMG ein gutes Material für die Herstellung von Raumsonden sein könnte, fertigte Douglas Hofmann, Technologe am Jet Propulsion Laboratory der NASA und Hauptautor der beiden neuen Forschungsberichte, Zahnräder von BMG an und testete sie bei sehr niedrigen Temperaturen. Einer der neuen Artikel, die in der Fachzeitschrift Advanced Engineering Materials veröffentlicht wurden, zeigt, dass die Zahnräder bei Temperaturen bis minus 328 Grad Fahrenheit (minus 200 Grad Celsius) "starkes Drehmoment" und einen reibungslosen Betrieb ohne Schmiermittel zeigen.

Die Fähigkeit der Getriebe, bei sehr niedrigen Temperaturen zu funktionieren, ist aus zwei Gründen wichtig. Erstens, einige Materialien (einschließlich einiger Metalle) werden bei kalten Temperaturen brüchig, aber das ist bei metallischem Glas nicht der Fall ... Das heißt, es gibt weniger Risiko, dass ein Zahnradzahn während Operationen bricht, gemäß der Aussage.

Der zweite Vorteil hat mit dem Stromverbrauch zu tun. "In der Lage zu sein, Getriebe bei niedrigen Temperaturen von Eismonden zu betreiben, wie bei [Jupiter] Europa, ist ein potenzieller Spiel-Wechsler für Wissenschaftler", sagte R. Peter Dillon, Technologe und Programmmanager bei JPLs Materials Development and Manufacturing Technology Group. "Energie muss nicht mehr von den wissenschaftlichen Instrumenten zur Erwärmung des Getriebeschmiermittels abgegossen werden, wodurch wertvolle Batterieleistung erhalten bleibt."

Andere Vorteile von BMG-Getrieben können sich aus niedrigen Kosten und einfacher Herstellung ergeben. Teile aus BMG können gemäß der NASA-Erklärung in Spritzgießtechnik gegossen werden, was bedeutet, dass das Material verflüssigt und in eine Form gespritzt wird. Diese Technik wird auch zur Herstellung von Kunststoffteilen verwendet.

Die zweite Arbeit von Hofmann und Kollegen zeigt, dass BMG-Getriebe kostengünstiger sein könnten als sogenannte "distorsion wave gears", die laut teacher robots "allgegenwärtig in teuren Robotern" sind. Insbesondere enthalten diese Zahnräder einen flexiblen Metallring, der in teuren Robotern "schwierig zu massenproduzieren und allgegenwärtig ist", sagten NASA-Beamte in der Erklärung. BMG-Zahnräder können entsprechend dem Papier für weniger hergestellt werden.

"Massenproduzierende Dehnungswellengetriebe mit BMGs könnten einen großen Einfluss auf den Markt für Verbraucherrobotik haben", sagte Hofmann. "Dies gilt insbesondere für humanoide Roboter, bei denen Zahnräder in den Gelenken sehr teuer sein können, aber zur Vermeidung von Erschütterungen erforderlich sind. Die Leistung bei niedrigen Temperaturen für JPL-Raumfahrzeuge und Rover scheint ein glücklicher zusätzlicher Vorteil zu sein."